Les sources thermales de Luchon sont connues dès la période gallo-romaine ; en effet, aux "thermes onésiens" évoqués par Strabon vers 19 avant notre ère, semblent correspondre différents vestiges (autels votifs, bassins, canalisations et réservoirs, objets cosmétiques...) mis à jours notamment au cours des réaménagements successifs du site entre les milieux des 18e et 19e siècles.£Pendant le Moyen-Âge et le début de l'époque moderne les sources ne font pas l'objet d'aménagements importants et restent d'usage très local car Luchon est alors mal desservie. Au milieu du 18e, les bains consistent en une unique piscine, difficile d'accès, complétés par neuf auges en bois pouvant accueillir chacune deux personnes.
L'acte de naissance de la station thermale proprement dit est la construction de routes desservant la ville dans les années 1760 : le baron d'Etigny, intendant d'Auch ouvre ainsi une liaison entre Montréjeau et Luchon, puis entre Bagnères-de-Bigorre et Luchon. Pour relier le bourg à ses sources, il fait tracer une longue allées plantée de tilleuls entre les deux qui s'est avérée la colonne vertébrale de la nouvelle station, lancée à la même époque par la venue de personnalités importantes. Son successeur Lachapelle aménage en allées l'arrivée des deux routes à Luchon : celle en direction de Bagnères prend le nom d'allée des Zéphyrs (puis des Soupirs) et est plantée de sycomores et sorbiers tandis que celle vers Montréjeau, l'allée de Barcugnas est plantée de platanes.
Un grand établissement de bains est reconstruit successivement à l'extrémité de l'allée, au point d'émergence de la source : bains Lachapelle (fin 18e, inachevés), thermes de la Reine (1805), puis thermes Chambert (1848), complétés par le parc des Quinconces et un parc thermal. Il est dans la première moitié du 19e siècle concurrencé par des bains privés (Richard, Lassalle, Ferras, Soulérat) finalement rachetés par la Ville. Les thermes Chambert ont été agrandis au 20e siècle, successivement par le Bâtiment du Prince Impérial puis par le Vaporarium, bâtiments qui ont connu plusieurs versions, les dernières datant de 1953 et 1969.
La station thermale s'est constituée à la fin du 18e siècle : Campardon écrit en 1763 que la ville est "petite, pauvre" et que" la plupart des maisons y sont bâties en pierre et couvertes de chaume" (op.citée p.522). Cinquante ans plus tard le médecin Soulérat décrit en 1817 "des maisons bâties dans le goût moderne, meublées avec élégances [qui] offrent des logements agréables et commodes aux étrangers" (op. citée p. 4). La station s'est fortement développée dans la seconde moitié du 19e siècle pour accueillir les curistes de plus en plus nombreux. Elle gagne alors son appellation de "reine des Pyrénées".
Deux équipements importants ont permis et structuré ce développement : la gare (1873) et le casino et son parc (1880). La station s'est étendue au sud-est du bourg et a occupé progressivement l'espace situé entre l'allée d'Etigny et la rivière de la Pique. Au milieu du 19e siècle, seuls les abords immédiats de l'allée d'Etigny et des Quinconces étaient occupés, complétés par quelques villas bordant l'allée du Piqué (actuellement avenue Alexandre Dumas) et la rive gauche de la Pique. La rue Spont a été lotie à partir de 1859, prolongée ensuite par le percement de la rue Colonic. Autour du casino, en prévision de sa construction, trois avenues aménagées en triangle dans les années 1860 ont loti ce quartier qui était alors encore une terre agricole. Au sud du parc thermal, le quartier entre la route d'Espagne et le pont de Saint-Mamet a été également urbanisé au cours du troisième quart du 19e siècle. La rue Sylvie a été percée en 1881, pour relier, via un passage couvert, l'allée d'Etigny au parc du casino et a connu alors un grand succès commercial, abritant le bureau des postes et télégraphes, des médecins, des photographes et des boutiques de luxe.
Le début du 20e siècle voit l'apogée de la station thermale (construction du Pyrénées-Palace en 1913 à proximité du casino) et la naissance de la station de sport d'hiver avec l'inauguration du chemin de fer à crémaillère de Superbagnères en 1912 dont la gare a occupé l'emplacement sur l'allée d'Etigny de l'hôtel du Parc, détruit par un incendie en 1910. L'éclairage électrique de la station avait été mis en place dans les années 1900. En 1908, c'est un golf qui est inauguré dans le quartier inondable de la Pique ; il est promu sur une affiche datée de 1911 en contrepoint des sports d'hiver (AD 31 26 FI 31 2383). Il est suivi quelques années plus tard par l'aménagement de courts de tennis. Ces deux activités sont relancées en 1931 par la Société du Golf et du Tennis de Luchon, complétées par un minigolf. Des courses de chevaux sur l''hippodrome de Moustajon, au moins depuis 1879, et des spectacle de taureaux dans l'arène de Luchon (entre 1898 et 1907) venaient aussi élargir la gamme des loisirs proposés par la station.
Dans le classement de 1913, Luchon a été reconnue comme "station climatique" en même temps que comme "station hydrominérale".
La part des curistes, majoritaire jusqu'aux années 1860, a ensuite décru parmi les personnes venus en villégiature à Luchon et le phénomène a été amplifié par l'arrivée du train (Hagimont, op. citée p. 156-159). Le dépouillement des arrivées pour la saison thermale de 1881 (Cazes, op. citée, p. 35) montre que les étrangers représentent alors le tiers de la clientèle, dont 70% sont des Anglais.
